[发明专利]一种激光增材制造用低合金钢所用粉料及制备方法

说明书

本发明属于3D打印新材料技术领域，涉及一种激光增材制造用低合金钢所用粉料及制备方法，粉料的组成重量百分比为C：0.05‑0.40，Cr：1.40‑1.60，Ni：1.80‑2.10，B：0.50‑1.00，Si：1.00‑1.20，Mo：0.50‑0.60，Mn：0.10‑0.50，V：0.50‑0.60，其余为Fe。将该组份低合金钢原料经过真空熔炼、气雾化和筛分工序，制得球形度好的粉料；粉料在烘箱中80‑120℃烘干3小时以上；采用光纤激光器辐照后在低合金钢基板表面熔化沉积；在氩气保护下激光器进行多次搭接辐照处理，制备出无裂纹、气孔等缺陷，并具有优异综合性能的低合金钢材料。

技术领域

本发明属于3D打印新材料技术领域，特别涉及一种激光增材制造系列低合金钢所用合金粉料及制备方法。

背景技术

核电厂应急柴油发电机作为全厂应急安全电源与核安全直接相关，目的是为了在核电站的厂用工作电源和辅助电源都发生故障时，确保机组安全停堆和防止关键设备损坏，从而在保护燃料元件不受损坏和确保核安全方面发挥至关重要的作用。而核电应急柴油发电机凸轮轴作为其核心部件，凸轮轴的质量及性能对核电厂的安全运行起着至关重要的作用。目前核电应急柴油发电机凸轮轴通常采用锻造法生产。该方法是将12CrNi2合金钢锻造成棒材，随后进行机械加工将棒材加工成台阶轴状，最后采用镦锻方式专用模具进行成形，继续采用表面热处理等方式提高工件表面的耐磨、疲劳等性能。传统的制造工艺不能对柴油发电机应急凸轮轴整体进行成形，而是每次只能加工一个曲拐，工艺复杂、制造周期较长、切削量很大。因此，研究短流程的先进制造技术具有重要的科学意义与工程应用价值。

增材制造（Additive Manufacture, AM）技术通过对零件三维CAD模型进行分层切片降维处理，按预先生成的路径将材料逐层累加而制造实体零件。不同于传统的材料去除(切削加工)技术，它是一种“自下而上”的材料累加的制造方法。相比于传统制造技术，增材制造技术能大幅缩短生产周期、降低生产成本，在一些复杂功能、复杂结构、难加工易变形零部件等制造方面优势突显。增材制造技术能够提高产品设计灵活性，促进产品开发思维的转变，引发工业生产模式的巨大变革。

采用激光增材制造成形低合金钢轴类部件时，沉积材料中多元合金元素会发生物理化学冶金反应产生气体，沉积材料中极易出现气孔、裂纹等缺陷。因此通过控制合金粉体材料的化学成分制备出无裂纹、气孔等缺陷并达到性能设计要求的零件极为重要。这对于推广和使用新型低合金钢粉体材料，使其适合激光增材制造成形工艺具有重要的意义。本发明所涉及的激光增材制造用低合金钢具有低成本、高硬度等优点，可以替代传统的锻造成形12CrNi2低合金钢轴类零部件。

发明内容

发明目的

针对锻造方法制造核电应急柴油发电机凸轮轴生产周期长、工艺复杂、成本高的问题，本发明提供一种激光增材制造用低合金钢所用粉料及制备方法。采用激光熔化沉积技术，利用光纤激光加工系统进行激光增材制造低合金钢，优化合金粉料成分，制备出无裂纹、气孔等缺陷，并具有优异综合性能的低合金钢材料。

技术方案

一种激光增材制造用低合金钢所用粉料，粉料的组成重量百分比为C：0.05-0.40，Cr：1.40-1.60，Ni：1.80-2.10，B：0.50-1.00，Si：1.00-1.20，Mo：0.50-0.60，Mn：0.10-0.50，V：0.50-0.60，其余为Fe。

所述粉料的粒径为53-140微米。

一种使用如所述的激光增材制造用低合金钢所用粉料制造低合金钢的方法：

制造方法步骤如下：

1) 将所述成分粉料经过真空熔炼、气雾化和筛分工序，制得球形粉末；

2) 将步骤1所得粉料在烘箱中80-120℃烘干3小时以上；